Наследие "Звёздных войн" - как СОИ поспособствовала появлению новой технологии термоядерного синтеза
На пути к массовому ядерному синтезу существует несколько препятствий. Довольно важным фактором является энергоэффективность. Для воспламенения плазмы, т. е. для начала ядерного синтеза, требуется огромное количество энергии. Чтобы ядерный синтез имел смысл, производимая энергия должна быть выше, чем энергия, используемая для создания плазмы.
Этого ещё не удалось достичь с реакторами Токамак, которые используют магнитное поле для управления плазмой, температура которой превышает 100 миллионов градусов Цельсия. Однако в 2022 году эксперимент по термоядерному синтезу с лазерным "зажиганием" увенчался успехом.
Лазеры бомбардировали сферу из замороженного дейтерия и трития. В результате ядерного синтеза было выделено в 2,5 раза больше энергии, чем необходимо для поддержания процесса. Но этот эксперимент в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) был только экспериментом. Исследовательское учреждение не стало коммерциализировать технологию.
Именно здесь в игру вступает стартап Xcimer Energy. Американская компания получила $100 млн в рамках финансирования, с помощью которого она хочет продолжить развитие технологии.
Амбициозная цель: выход энергии должен быть в 10 раз выше, чем необходимая (затраченная) энергия лазера. По сравнению с экспериментом LLNL, финансовые затраты на производство джоуля энергии, как утверждается, будут в 30 раз ниже.
Джедаев не будет
В основе стартапа лежит технология, которая была разработана армией США в рамках Стратегической оборонной инициативы (СОИ). В 1980-х годах в США возникла идея использовать спутники для защиты от межконтинентальных баллистических ракет. Планировалось, что размещённые на высоте 1200 километров, они будут иметь "на борту" мощное лазерное оружие. Поскольку в рамках этой инициативы особое внимание уделялось экспериментам с лазерным оружием, программу прозвали «Звёздными войнами».
Звучит эффектно, но это всё же красивый рекламный ход. Лазерная технология, рассматриваемая в программе «Звёздных войн», — это эксимерные лазеры (разновидность ультрафиолетового газового лазера). Отсюда и название стартапа: Xcimer. К фильмам Джорджа Лукаса это изобретение, к сожалению, прямого отношения не имеет.
Эксимерные лазеры получили дальнейшее развитие по программе «Звёздные войны» и в настоящее время используются в глазной хирургии (лазерная коррекция зрения) и для производства полупроводниковых элементов. Но, конечно, звучит более захватывающе, когда Xcimer говорит о применении лазера из «Звёздных войн», а не о лазере для коррекции зрения.
Принцип действия
Целью программы является создание лазерной системы мощностью более 10 мегаджоулей. Лазеры фокусируются на дейтерий-тритиевой наночастице через два небольших отверстия на расстоянии 50 метров. Эти наночастицы будут крупнее, чем в эксперименте LLNL, поэтому для реакции потребуется больше мегаджоулей. Однако, наночастицы большего размера дешевле производить и с ними легче обращаться. Система спроектирована таким образом, чтобы поджигать лишь небольшое количество топлива, которое производит энергию, необходимую для воспламенения остальной части, подобно спичке, поднесённой к бумаге. Это более эффективно и экономично.
Чтобы термоядерный синтез продолжался, необходимо каждые несколько секунд "поджигать" наночастицы с помощью лазера.
Чтобы преобразовать тепло, выделяемое при ядерном синтезе, в энергию, расплавленные соли лития поступают в камеру реактора. Расплавленные соли отводят тепло, выделяющееся при ядерном синтезе к резервуарам с водой. При нагревании вода превращается в пар. Пар, в свою очередь, приводит в движение турбину, которая вырабатывает электроэнергию. Соли также защищают стенки реактора от нейтронов, образующихся при ядерном синтезе. Первая стенка реактора прослужит 30 лет, что является запланированным сроком службы такой термоядерной электростанции.
Испытательная установка будет построена в ближайшие два года. Сообщается, что она не сразу будет готова к работе на мощности в 10 мегаджоулей. Однако она должна быть достаточно мощной, чтобы продемонстрировать экономию средств по сравнению с другими термоядерными технологиями.
Цель состоит в том, чтобы к 2034 году построить пилотную электростанцию, которая будет подавать энергию в городскую сеть. Эта технология должна проложить путь к такому типу термоядерного реактора, который не только можно быстрее построить, чем реакторы токамак, но и который будет намного дешевле.